(BLOQUE 2) 28. (ESTA PREGUNTA Y LAS DOS SIGUIENTES ESTÁN RELACIONADAS). La primera energía de ionización (potencial de ionización) del Ca vale 590 kJ/mol; la segunda, 1145 kJ/mol. La entalpía de disociación del Cl2 vale 243 kJ/mol y la afinidad electrónica de este elemento es –349 kJ/mol. Finalmente, el cambio de entalpía de la reacción Ca(s) + Cl2(g) ® CaCl2 (s) es –795 kJ/mol. (Todos los valores energéticos están medidos a p = 1 atm y temperatura ambiente). ¿Cuál sería la energía de red del compuesto?
(A). –3471 kJ/mol
(B). –2424 kJ/mol
(C). –2075 kJ/mol
(D). Falta un dato para calcularla.
Solución: D. Según el ciclo de Born-Haber, en el balance energético que hay que tener en cuenta para calcular la energía de red participan, entre otras energías, la afinidad electrónica del Cl y los potenciales de ionización del Ca. La primera se define como la energía que se despende cuando un átomo gaseoso de Cl gana un electrón. Pero para disponer del átomo de Cl necesitamos disociar la molécula de Cl2. Todos estos valores energéticos se conocen. En cuanto a los potenciales de ionización del Ca, que también se conocen, son las energías que se necesitan para quitar, primero, un electrón al Ca gaseoso y después un segundo electrón. Por lo tanto, necesitamos tener el átomo de Ca en estado gaseoso, por lo que previamente hay que sublimar el Ca(s) que aparece en la reacción de formación Ca(s) + Cl2(g) ⟶ CaCl2 (s). Pero ese valor no aparece en el enunciado. Falta, pues, un dato.
29. (ESTA PREGUNTA, LA ANTERIOR Y LA SIGUIENTE ESTÁN RELACIONADAS). Considerando los dos primeros valores de la energía de ionización del Ca, decir cuál de los siguientes valores sería el único aceptable si tuviéramos que elegir entre ellos para responder a la pregunta: ¿cuál es la tercera energía de ionización del Ca?
(A). 4912 kJ/mol
(B). 555 kJ/mol
(C). 1735 kJ/mol
(D). 867 kJ/mol
Solución: A. La configuración electrónica del Ca es [Ar] 4s2. Eso significa que, tras quitar sus dos electrones, el Ca adquiere la configuración electrónica de un gas noble, lo que supone que quitarle otro electrón más requerirá mucha energía. Por lo tanto, aunque quitar el primer electrón cueste 590 kJ/mol y quitar el segundo cueste prácticamente el doble (1145 kJ/mol), no se puede argumentar que quitar el tercero cueste el triple (unos 1800), sino mucho más. Por eso, de los valores dados, el único aceptable es 4912 kJ/mol.
30. (ESTA PREGUNTA ESTÁ RELACIONADA CON LAS DOS ANTERIORES). Mediante cálculos teóricos se ha estimado el valor de la energía de red del compuesto hipotético CaCl. Cuando se resta este valor del valor de energía de red experimental del CaCl2 se obtiene: U(CaCl2) – U(CaCl) = –1876 kJ/mol. Con este dato y los que se necesiten de los que aparecen en los demás enunciados de este problema, ¿podría estimarse el calor de formación del hipotético compuesto CaCl? En ese caso, ¿qué valor se obtendría?
(A). 163,5 kJ/mol
(B). 1081 kJ/mol
(C). Se obtiene un valor muy diferente de los anteriores.
(D). No podría estimarse el valor porque falta un dato.
Solución: A. Si llamamos F a la entalpía o calor de formación de los compuestos, S a la entalpía de sublimación del Ca, I1 a la primera energía de ionización del Ca, I2 a la segunda, D a la energía de disociación del Cl2, A a la afinidad electrónica del Cl y U a la energía de red, podremos escribir las siguientes ecuaciones del ciclo de Born-Haber:
> Para el CaCl2:
Formación: Ca(s) + Cl2(g) ⟶ CaCl2 (s)
F(CaCl2) = S + I1 + I2 + D + 2A + U(CaCl2)
> Para el CaCl:
Formación: Ca(s) + ½ Cl2(g) ⟶ CaCl(s)
F(CaCl) = S + I1 + ½ D + A + U(CaCl)
Restando ambas:
F(CaCl2) – F(CaCl) = I2 + ½ D + A + [U(CaCl2) – U(CaCl)] = 1145 kJ/mol + ½ (243 kJ/mol) – 349 kJ/mol – 1876 kJ/mol = –958,5 kJ/mol. Como también conocemos el valor de F(CaCl2), que es –795 kJ/mol, se puede calcular F(CaCl) = –795 kJ/mol + 958,5 kJ/mol = 163,5 kJ/mol. Como se ve, se obtiene un valor endotérmico para la formación de un compuesto iónico; esto justifica que el CaCl no sea un compuesto estable.
